tugas 4 (teknologi pengolahan limbah gas)
TRANSCRIPT
TUGAS IV
TEKNOLOGI PENGELOLAAN DAN
PEMANFAATAN LIMBAH GAS
(Teknologi Pengolahan Pencemaran Limbah Gas)
Ir. Supranto, M. Sc, Ph.D
Oleh :
Desi Erlita, S.T
10/ 310492/ PTK/ 07269
TEKNOLOGI PENGELOLAAN DAN PEMANFAATAN SAMPAH/ LIMBAH PERKOTAAN
MAGISTER SISTEM TEKNIK
UNIVERSITAS GAJAH MADA
YOGYAKARTA
2011
Sistem Pencemaran Udara
Jenis dan Karakteristik Pencemar Udara
Berdasarkan Kondisi Fisiknya
Klasifikas
i
Sub-Klasifikasi Pencemar
Partikulat Solid Debu, smoke, fumes, fly ash
Liquid Mish, spray
Organik Hidrokarbon Hexana, benzena, metana, butana,
butadiena
Aldehide dan Keton Formadehyde, acetone
Organik lainnya Alkohol, Chloronated hidrocarbon
An
Organik
Oksida Karbon CO, CO2
Oksida Sulfur SO2, SO3
Oksida Nitrogen NO2, NO, N2O
Anorganik lainnya H2S, HF, NH4
Sumber Emisi Atmosfer Reseptor
-Antropogenik
-Biogenik
-Dilusi
-Reaksi
-Manusia
-Tumbuhan
-Hewan
-Material
Pencemar
Mixing & Trasnformasi Kimia
Jenis dan Karakteristik Pencemar Udara
Berdasarkan Reaksi yang Terjadi
Jenis dan Karakteristik Pencemar Udara
Mekanisme Reaksi di Atmosfer
-Pencemar Primer : Langsung dari sumber
Contoh : Partikulat, SO2, NOx, CO, dll
-Pencemar Sekunder : terbentuk oleh interaksi kimiawi antara pencemar primer dan senyawa-senyawa penyusun atmosfer alamiah
Contoh : NO2, Ozon-O3, asam Sulfat, asam nitrat, Peroxy Acetyl Nitrate (PAN)
Konsentrasi Pencemar Udara selama 24 jam di kota Los Angeles California, 16 Juli 1965
-Pencemar CO dan NO diemisikan pagi hari dari kendaraan bermotor
-Puncak konsentrasi CO dan NO terjadi pada waktu pagi hari
-Pencemar sekunder : NO2 dan O3 terbentuk pada waktu siang hari (reaksi pencemar primer dengan sinar matahari)
Fenomena Pencemaran Udara
1. Long Distance Transport Perpindahan pencemar dari sumbernya Bagian dari dinamika atmosfer; dipengaruhi oleh aspek metereologi mikro, makro,
maupun meso Berkaitan erat dengan fenomena lainnya Skala transport pencemar :
Skala mikro/ skala lokal : London smog Skala meso/ skala regional : peristiwa kebakaran hutan di Kalimantan Skala makro/ skala kontinental : pemanasan global, penipisan lapisan ozon
2. Hujan Asam
Timbul sebagai akibat tingginya pengemisian pencemar udara, khususnya SO2dan NOx.
Proses oksidasi di atmosfer mengakibatkan gas-gas tersebut berubah menjadi H2SO4 dan HNO3 meningkatkan keasaman air hujan(deposisi basah)
3. Smog Fotokimia Timbul sebagai akibat terjadi reaksi fotokimia antara pencemar-pencemar udara,
khususnya pencemar HC dan NOxdengan bantuan sinar matahari Terbentuk smog (smoke + fog), contoh terkenal : London smog. Skala dampak : lokal dan regional
4. Penipisan Lapisan Ozon-The Great Smog , atau Big Smoke,terjadi di LondonInggris pada bulan Desember 1952. Menyebabkan ribuan kematian di London, akibat infeksi saluran pernafasan hypoxia(kadar oksigen dalam darah yang sangat rendah), infeksi yang terjadi terutama berupa bronchopneumonia atau acute purulent bronchitis atau bronchitis kronis.
-kabut yg dingin turun di kota london, udara di permukaan bumi lebih dingin daripada udara di lapisan atasnya, sehingga terjadi lapisan inversi. Krn dingin, orang-orang membakar batubara lebih dari biasanya. Akibatnya, pencemar terperangkap akibat adanya lapisan inversi. -Konsentrasi pencemar, asap pembakaran batubara, meningkat dengan cepat. Masalah diperburuk dengan digunakannya batubara kualitas rendah atau berkadar sulfur tinggi. Kabut (smog, kombinasi fog-kabut dan asap) sangat tebal sehingga menyetir kendaraan pun menjadi sulit. Krn London biasa berkabut, tdk terjadi kepanikan. Tetapi pada minggu2 berikutnya tercatat sekitar 4000 orang telah meninggal dunia akibat masalah pernafasan
Penipisan Lapisan Ozon :
Timbul sebagai akibat pengunaan dan pengemisian gas-gas yang memiliki stabilitas tinggi CFC
CFC baru akan bereaksi dan reaktif di lapisan stratosfer , dimana terdapat lapisan ozon yang berguna untuk melindungi bumi dari sinar gelombang pendek
Akan menimbulkan dampak geologis yang hebat mutasi sel Skala dampak : global dan berkaitan erat dengan efek rumah kaca
Komposisi Perilaku Ozon Atmosferik
5. Urban Heat
Terjadi di perkotaan saja sebagai akibat sarana yang ada di perkotaan : gedung-gedung pencakar langit, jalanan beraspal, dll.
Akibat terjadinya perubahan aliran massa udara dan angin terjadi gumpalan panas dan pencemar-pencemar yang terperangkap dalam gumpalan
Sistem terbentuk dengan sendirinya dan hanya dapat terganggu oleh perubahan angin
POLA SIRLKULASI UDARA PADA SEBUAH KOTA YANG TERKENA EFEK URBAN HEAT ISLAND
Sistem Pengelolaan Pencemaran Udara
PENCEMARAN UDARA
Dampak Pencemaran Udara
Pencemarutamadalamatmosferyang berbahayabagimateridankesehatanmanusiaadalah:
Hidrokarbon, Oksidanitrogen, Karbonmonoksida(CO), OksidanPhotokimia, Partikel,
Sulfur dioksida(SO2), Asbestos dan logam-logam.
Pengendalian Pencemaran Udara
Atmosfermemilikikemampuanalamiyang dikenal“self cleansing”
Perlengkapanpengendalianpencemaranudaraprinsipnyamengikutiprosespenyisi
hanpartikeldangas pencemardiatmosfer
Pendekatandalampengendalianpencemaranudaraadalahpengencerandanpengen
dalianpencemarpadasumber
Pengendalian Pencemaran Udara
Alat Pengendali Pencemaran Udara
Sistem Pengendalian Pencemaran Udara : Pengendalian Partikulat/debu Pengendalian Fase Gas
Setiap alat memiliki kelebihan dan kekurangan Pemilihan Alat berdasarkan pada : Ukuran Partikel Efisiensi penyisihan yang ingin dicapai Besarnya aliran gas Waktu pembersihan Karakteristik Partikel
ALAT PENGENDALI PARTIKULAT
GRAVITY SETTLING CHAMBERS
• Digunakan sebagai penangkap debu awal untuk menghilangkan (menangkap) partikel
dengan ukuran besar.
Flue Gas Pengolahan Partikulat
Pengolahan Gas
Clean Air
Duct system
Akan mengganggu proses penyisihan gas-gas pencemar :
-scrubber (dry/wet)
-ESP
-Cyclone
-wet scrubber
-incenerator
-fotokatalitik
• Prinsip penyisihan partikulat dalam Gravity Settler adalah gas yang mengandung partikulat
dialirkan melalui suatu ruang (chamber) dengan kecepatan rendah sehingga memberikan
waktu yang cukup bagi partikulat untuk mengendap secara gravitasi ke bagian pengumpul
debu (dust collecting hoppers).
Kelebihan dari gravity settler adalah: Desain alat sederhana, mudah untuk dibuat konstruksinya Pemeliharaan yang mudah dan biaya pemeliharaan sangat rendah
Kekurangan dari gravity settler adalah:
ukurannya besar, memerlukan lahan yang luas
harus dibersihkan secara manual dalam interval waktu tertentu
hanya dapat menyisihkan partikel ukuran besar m)
CYCLONE
Beberapa hal penting tentang cyclone :
Siklon digunakan untuk menyisihkan partikulat berukuran lebih besar dari 5 mikron,
dengan efisiensi penyisihan partikulat antara 50 -90%.
Digunakan sebagai pengumpul awal (pre-collector), pelindung alat pengendali
partikulat efisiensi tinggi (spt fabric filter, electrostatic precipitator)
Tidak cocok digunakan bagi industri yang mengemisikan partikulat basah, krn dapat
terkumpul di dinding siklon atau di inlet (inlet spinner vanes)
Prinsip : Menggunakan gaya inersia partikel
Udara mengandung partikulat “dipaksa” utk berputar seperti siklon, massa partikel
menyebabkan partikel terlempar dari “vortex”, partikel besar memasuki “hopper”, bagian
bawah siklon, sedangkan aliran udara berputar ke atas dan keluar lewat lubang exit.
Terdapat dua jenis siklon
- Siklon diameter besar : 1 –6 feet 1 ft = 0.3048 m
- Siklon diameter kecil : 3 –12 inchi
Siklon diameter kecil (dibandingkan dengan siklon diameter besar) :
Putaran/spinning yg lebih cepat Partikel yg terpental dari vortexakan cepat menyentuh dinding siklon
Ukuran partikel yg dpt disisihkan lebih kecil, mampu menyisihkan partikel berdiameter 5 mikron
Tdk digunakan utk menyisihkan partikulat ukuran besar krn bisa terjadi penyumbatan atau “clogging”
Kelebihan dari siklon
Capital cost yang rendah
Dapat dioperasikan pada temperatur tinggi
Pemeliharaan yang mudah
Kekurangan dari siklon :
Efisiensi rendah (terutama untuk partikel yang sangat kecil)
Biaya operasi tinggi karena tingginya pressure drop
PARTICULATE WET SCRUBBERSPrinsip Operasi
Menggunakan gaya inersia partikulat dan droplet untuk mentransfer partikulat dari
aliran gas ke liquid.
Di dalam scrubber, partikulat dalam aliran udara dipaksa untuk berkontak dengan
liquid droplet, liquid packing material, liquid jet dari pelat
Efisiensi Pengumpulan Partikulat
Kemampuan terbatas untuk menyisihkan partikel kurang dari 0.3 mikron
Kelebihan Scrubber Dapat secara simultan/bersamaan menyisihkan partikulat dan gas Digunakan pada sumber yang mengeluarkan gas atau partikulat bersifat explosive Bentuknya kecil dan dapat digabungkan dengan unit lainnya dalam ruang terbatas
Kekurangan Scrubber Menimbulkan pencemaran air
ELECTROSTATIC PRESIPITATOR
Electrostatic precipitator(ESP) menggunakan medan listrik voltase tinggi untuk memberikan
muatan listrik terhadap partikulat. Partikulat yang sudah bermuatan bergerak melewati
permukaan pelat pengumpul yang bermuatan berlawanan, sehingga partikulat akan tertarik
dan menempel di pelat pengumpul
Jenis-Jenis ESP
negatively charged dry precipitators. Jenis ini paling sering digunakan di PLTU
batubara, pabrik semen, atau kraft pulp mills
negatively charged wetted-wall precipitators. Jenis ini sering digunakan untuk
mengumpulkan mistatau partikulat yang sedikit basah
positively charged two-stage precipitator. Jenis ini digunakan untuk menyisihkan mist
Prinsip kerja :
Unit terbagi dalam beberapa fielddimana pemberian muatan terhadap partikulat akan
dilakukan
Biasanya ESP terdiri dari 3 sampai 10 field, disusun seri searah aliran gas
Pada unit yang besar, EPS dibagi pada beberapa chamber secara pararel yang masing
masing memiliki jumlah field yang sama
Fig 10. Arrangements of Fields and Chumbers in an ESP
REVERSE AIR-TYPE FABRIC FILTER
Prinsip operasi :
Fabric filters mengumpulkan partikulat di permukaan filter bags.
Partikulat tertangkap karena adanya gaya inertial impaction, interception, Brownian
diffusion, and sieving atau penyaringan.
Reverse-air-type fabric filter
Digunakan di industri besar, partikulat dalam aliran gas memasuki bag filterdari bawah Dust
cake akan terakumulasi pada bagian permukaan bag filter, gas yang sudah tersaring keluar
lewat gas outlet. Jika diperlukan pembersihan bag filter, gas yang sudah tersaring dapat
dialirkan dengan arah berlawanan agar dapat melepaskan dust cakeyang menempel di bag
filter. Gas yang digunakan untuk membersihkan bag filter, kembali disaring sebelum
dilepaskan ke udara
PULSE JET FABRIC FILTER
Pulse Jet Fabric Filter
Kantung-kantung filter ditopang oleh kawat logam
Aliran gas yg mengandung partikulat mengalir mengitari bagian luar dari kantung, dan dust cakeberakumulasi pada bagian permukaan luar
Jika dibutuhkan pembersihan, udara bertekanan diinjeksikan pada bagian atas tiap kantung.
Udara terkompressi menghasilkan tekanan yg mendorong tiap kantung ke bawah sehingga dust cake terlepas
ALAT PENGENDALI GAS
ABSORPSI
Packed Tower dan Packed Material
PLATE TOWER
Kelebihan dan Kekurangan Packed dan Plate Tower
Kelebihan :
Kehilangan tekanan rendah
Dapat digunakan fiberglass/plastik
Efisiensi relatif tinggi
Biaya investasi relatif murah
Tidak membutuhkan space yang luas
Mampu menyisihkan gas dan partikulat
Kekurangan : Menimbulkan masalah pencemaran air
Menghasilkan produk basah
Debu yang mengendap dapat menyumbat kolom atau plate
Biaya perawatan relatif tinggi
SPRAY SCRUBBER
Counter Current Spray Column, WFGD Pilot Plant
ALAT PENGENDALI GAS ADSORPSI
ADSORPSI
Proses dimana gas atau uap pencemar tertahan pada permukaan padat Adsorbent : Permukaan padat yang mampu menarik molekul gas pencemar Adsorbate : Molekul gas pencemar yang tertahan pada permukaan padat Adsorber : Alat pengendalian dengan prinsip adsorpsi
Sistem Adsosrpsi dan Regenerasi Fixed Bed Adsorber
Lubang Pori pada Permukaan Adsorber
Kelebihan dan Kekurangan AdsorberKelebihan :
Produk dapat di-recovery
Sistemnya berjalan secara otomatis
Mampu menyisihkan zat pencemar konsentrasi rendah(sangat rendah)
Kekurangan : Untuk me-recovery produk perlu proses
Kerusakan adsorbent
Perlu uap panas(steam) untuk regenerasi
Biaya investasi cukup tinggi
Perlu filter agar partikulat tidak menyumbat
ALAT PENGENDALI GAS
KONDENSASI
Proses penyisihan gas pencemar dengan cara merubah fasa dari fasa gas ke fasa
cair/liquid
Metode : Penurunan temperature, menaikkan tekanan, kombinasi keduanya
Jenis Kondensor : Kondensor kontak langsung dan kondensor permukaan
Kondensor Kontak Langsung
Diagram Fasa
Kondensor Permukaan
Kelebihan dan Kekurangan Kondensor
Kelebihan :
kondensor permukaan menghasilkan senyawa yang murni
pendingin yang digunakan didaur ulang
Kekurangan :
effisiensi relatif rendah
ALAT PENGENDALI GAS
COMBUSTION
Reaksi oksidasi gas polutan organik atau anorganik secara cepat dan dalam kondisi
panas menghasilkan CO2+ H2O
Reaksi Pembakaran
Fuel+ oxidizer+ ignitionhasil pembakaran
Faktor yang berpengaruh :
Oksigen Turbulensi Temperature Time
Kelebihan dan Kekurangan Combustion :
Kelebihan :
Operasinya sederhana
Daur ulang panas hasil pembakaran
Efisiensi penghancuran senyawa organik tinggi
BIOFILTRASI
Proses penyisihan gas pencemar dengan memanfaatkan aktifitas mikroorganisme
Penggunaan untuk menghilangkan bau
Skema Biofilter
INSENERATOR
Insinerator adalah instalasi yang digunakan untuk pengolahan limbah padat dengan proses
pembakaran. Insenerator itu sendiri cukup banyak jenis dan tipenya, perencanaannya
bergantung pada karakteristik limbah padat yang akan diinsinerasi. Salah satur gambaran dari
instalasi Insinerator seperti diperlihatkan pada gambar berikut :
Instalasi Insinerator
Dampak Pencemaran Udara
Hirarki Pengaruh Pencemaran Udara terhadap Pencemaran